ЭЛЕМЕНТ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК H01L31/04 B82B1/00 

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую солнечным элементом на основе сенсибилизированных металлооксидных мезоструктур.

Известен нанокристаллический сенсибилизированный солнечный элемент на основе диоксида титана (заявка № WO 91/16719, опубл. 31.10.1991 г.) для выработки электричества в условиях прямого солнечного освещения (nanocrystalline dye-sensitized solar cell DSSC), который состоит из нанокристаллического слоя диоксида титана толщиной около 10 мкм, сенсибилизированного молекулами красителя, абсорбирующего световое излучение в диапазоне 400-700 нм. В зависимости от типа использованного сенсибилизатора эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую для DSSC элемента варьируется от 5 до 12%.

Недостатками этого известного технического решения является то, что нанокристаллический сенсибилизированный солнечный элемент имеет значительно меньшую эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую в солнечных элементах или панелях большой площади из-за высокого последовательного сопротивления прозрачного контакта, что выражается в ухудшении вида вольт-амперной (В-А) характеристики, падении величины тока короткого замыкания и фактора заполнения, причем существенные недостатки данного типа солнечных элементов проявляются в случае масштабирования размеров солнечных элементов или солнечной панели в сторону увеличения.

Известен двусторонний солнечный модуль для преобразования световой энергии в электрическую (заявка № PCT/US 2007/009191 от 16.04.2007 г.). В получаемом преобразователе увеличение эффективности фотопреобразователя достигается за счет наличия двух солнечных элементов, расположенных в замкнутом полом внутреннем пространстве и обращенных активными поверхностями друг к другу, в промежуток между которыми и направляется световой поток прямого солнечного излучения. В качестве составных частей модуля использованы солнечные элементы на основе кремния.

Недостатком фотопреобразователя является необходимость направления прямого потока солнечной энергии в полое пространство между двумя элементами двусторонней конструкции. Последнее исключает возможность работы системы в условиях низкой и диффузной освещенности и приводит к принципиальной невозможности ее адаптации к условиям работы внутри помещения.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является солнечная панель, способная к двустороннему приему света, которая может повысить эффективность производства электроэнергии, разработанная корпорацией Asahi Glass Company, Япония (заявка № PCT/JP2011/052778 от 9.02.2011). С помощью двух идентичных односторонних солнечных элементов на основе кремния, освещаемые поверхности которых ориентированы в противоположных направлениях, достигается цель не только повысить количество вырабатываемой электроэнергии, но и уменьшить количество элементов конструкции, что позитивно сказывается на массе и цене конечного изделия. Данная солнечная панель, способная к двустороннему приему света, оснащена тремя стеклянными пластинами и двумя односторонними светопоглощающими ячейками, расположенными между ними.

Основным недостатком данного технического решения является то, что в двусторонней солнечной панели необходимо использовать дополнительные конструкционные решения для обеспечения доступа светового потока к задней стороне солнечной панели, а также недостатком является крайне низкая эффективность в условиях низкой интенсивности освещения, в том числе при работе внутри помещения.

Задачей заявляемого изобретения является создание простого и недорогого элемента фотопреобразователя, способного работать с прямым солнечным светом и рассеянным светом.

Технический результат заключается в увеличении эффективности преобразования энергии светового потока, как при высокой интенсивности излучения, так и при низкой и диффузной освещенности, в том числе внутри помещения.

Технический результат достигается тем, что элемент фотопреобразователя, содержащий пластину из проводящего материала, сенсибилизированный диоксид титана, прозрачный элемент с нанесенным проводящим покрытием, причем сенсибилизированный диоксид титана нанесен на пластину с обеих сторон и покрыт прозрачным элементом с проводящим покрытием.

На чертеже показан возможный вариант осуществления заявляемого способа.

На чертеже показано: прозрачные элементы 1, проводящие покрытия 2, мезоскопические слои диоксида титана 3, пластина из проводящего материала 4. Мезоскопические слои диоксида титана 3 нанесены на проводящую пластину 4 с двух сторон. Каждый из слоев диоксида титана 3 закрыт прозрачным элементом 1 с проводящим покрытием 2.

Элемент фотопреобразователя может быть осуществлен следующим образом:

Элемент фотопреобразователя обычно используют в солнечных элементах для преобразования солнечного излучения и рассеянного света в электрическую энергию. Электрод 4 (пластина из проводящего материала, например титана) покрыта с обеих сторон сенсибилизированным мезоскопическим слоем диоксида титана 3. Сенсибилизированный мезоскопический слой диоксида титана 3 покрыт прозрачным элементом 1 (например, гибкими полимерными прозрачными пленками или стеклом) с проводящим покрытием 2 (например, прозрачным проводящим слоем оксида олова). При этом необходимо отметить, что электрод 4 может быть выполнен в виде многослойной пластины, например, из двух склеенных титановых пластин, что может понадобиться в случае, если на каждую из пластин сенсибилизированный мезоскопический слой диоксида титана 3 наносят отдельно, а потом склеивают. Также мезоскопический слой диоксида титана 3 с прозрачным элементом 1 с проводящим покрытием 2 может быть выполнен в несколько слоев, что может пригодиться в случае, когда требуется извлечь максимум энергии из света, падающего на элемент фотопреобразователя, в данном случае один из вышеупомянутых мезоскопических слоев диоксида титана 3 принимает один спектр падающего света, а другой мезоскопический слой диоксида титана 3 может принимать другой спектр падающего света.

Работа данного элемента фотопреобразователя основана на известных свойствах и физических законах. Главное преимущество заключается в том, что при работе одна из сторон, обычно, обращена к солнцу и воспринимает солнечное излучение, а другая сторона обращена, например, внутрь какого-либо помещения или просто находится на теневой стороне, например, навеса или стены и воспринимает рассеянный свет. При работе пластина из проводящего металла (электрод 4) и прозрачные элементы 1 с проводящими покрытиями 2 воспринимают и солнечный свет и рассеянный, свет за счет чего в сенсибилизированных слоях оксида титана 3 возникают электрические заряды, а во внешней цепи создается ток.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет повысить эффективность элемента фотопреобразователя, удешевив и упростив его производство.

Изобретение относится к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую солнечным элементом на основе сенсибилизированных металлооксидных мезоструктур. Элемент фотопреобразователя содержит пластину из проводящего материала, сенсибилизированный диоксид титана, прозрачный элемент с нанесенным проводящим покрытием, при этом сенсибилизированный диоксид титана нанесен на пластину из проводящего материала с обеих сторон и покрыт прозрачным элементом с проводящим покрытием. Изобретение позволяет повысить эффективность элемента фотопреобразователя, удешевив и упростив его производство. 1 ил.

Элемент фотопреобразователя, содержащий пластину из проводящего материала, сенсибилизированный диоксид титана, прозрачный элемент с нанесенным проводящим покрытием, отличающийся тем, что сенсибилизированный диоксид титана нанесен на пластину с обеих сторон и покрыт прозрачным элементом с проводящим покрытием.